椭圆截面铁心变压器
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ｔｔ
＝１．５０５ Ｔ，单位铁损为０．８３１ Ｗ／ｋｇ 铁心质量 Ｇ ＝（３×４８０＋４×３４５）×７．６５×
Ｆｅ
２８７．７０２×１０－４＋９５．８ ｋｇ＝７１６．５ ｋｇ 空载损耗 Ｐ ＝１．１５×７１６．５×０．８３１＝６８５ Ｗ
０
２． 椭圆截面 铁心尺寸、截面形状如图 ３所示。 与圆截面相比，由于铁心截面改为图３的椭圆， 引起铁心、线圈和油箱等尺寸变化，铁心材料、每 匝电势、导线规格和线圈高度等与原来一样。 磁通密度 Ｂ＝４５ｅ ／Ａ ＝４５×９．６２２ ５／２６７．３３２ Ｔ
３） 经济性。在满足结构、工艺的前提下，要尽 可能降低片宽，减小铁心中心距，降低铁心重量，如 使空载损耗大小不变，可减小铁心有效截面积，进 一步降低硅钢片用量，尽量使导线重量、负载损耗 不增加。
确定了铁心截面后，可进行电磁计算。 该变压器的椭圆线圈抗短路能力比圆线圈要差
Ｈ ＝ ４８０ Ｗ
Ａ
Ａ
Ａ －Ａ
φ ２００
叠片系数：０．９７ 有效截面积：２８７．７０２ ｃｍ２ 角质量：９５．８ ｋｇ
Ｍ ＝ ３４５ ０
Ｍ ＝ ３４５ ０
图 ２ Ａ －Ａ
Ｈ ＝ ４８０ Ｗ
Ａ
Ａ
Ｒ７０ １４０
９６
叠片系数：０．９７ 有效截面积：２６７．３３２ ｃｍ２ 角质量：５９．８ ｋｇ
Ｍ０ ＝ ２８５ Ｍ０ ＝ ２８５
图 ３
ｔｔ
＝１．６２ Ｔ，单位铁损为１．００８ Ｗ／ｋｇ 铁心质量 Ｇ ＝（３×４８０＋４×２８５）×７．６５×
Ｆｅ
２６７．３３２×１０－４＋５９．８ ｋｇ＝５８７．４ ｋｇ 空载损耗 Ｐ ＝１．１５×５８７．４×１．００８ Ｗ＝６８１ Ｗ
０
两方案主要材料用量及成本如表 １所示、主要 性能如表 ２所示。
技术与应用 产品报道
TECHNOLOGY & APPLICATION
２） 工艺。椭圆截面铁心变压器生产工艺的最大 难点在线圈，线圈绕制之后短轴方向会变大，长轴 方向会缩小，线圈长、短轴之比越大，绕制后的变 化就越大。从这方面考虑，要减小线圈长、短轴之 比，也就是要增大铁心主级片宽，但这样同样会引 起中心距增大。可以看出线圈制作水平的高低直接 影响椭圆截面铁心变压器的设计成本。
椭圆截面铁心变压器设计要点
椭圆截面铁心变压器设计时首先要确定铁心截 面大小和形状。传统变压器只要确定了铁心截面大 小，也就能确定铁心直径。而椭圆截面是一种类似 椭圆的铁心截面形式，它的大小由主级的片宽、叠 厚确定，同一截面积可以有多种方案。如何确定椭 圆截面的形状，要结合变压器的结构、工艺和经济 性考虑。
表 ２
铁心截面类形
空载损耗 负载损耗 空载电流 阻抗电压
／Ｗ
／Ｗ
（％）
（％）
圆形
６８５
５ １３１
０．６２
３．９８
椭圆
６８１
５ １５３
０．６０
３．９７
Ｓ１１ － Ｍ － ５００／１０ 标准值 ６８０
５ １００
１．００
４．００
些，但可通过低压设计成箔式线圈、高低压线圈整 型固化、薄弱处加强等方法提高抗短路能力。在考 虑椭圆截面铁心变压器特殊性的同时，尽量采用传 统变压器成熟的结构和工艺，保留传统变压器所具 有的可靠性。
表 １
铁心截面类形
圆形 椭圆
铜导线 ／ｋｇ
３３２．９１ ３３４．４１
硅钢片 ／ｋｇ ７１６．５ ５８７．４
变压器油 ／ｋｇ ３０５ ２３５
钢材 ／ｋｇ ３００ ２５５
主要材料成本 ／元
５２ ０８１．２ ４６ ９１８．７
注：铜导线 ７０元 ／ｋｇ、硅钢片 ３５元 ／ｋｇ、变压器油 ８元 ／ｋｇ、钢材 ４．２元／ｋｇ
１） 结构。该铁心铁轭、心柱截面均为椭圆，相 应的线圈、铁轭绝缘等也为椭圆状，这样变压器器 身布置比较紧凑。如果主级片宽太小，铁心拉螺杆 到高压线圈的距离满足不了绝缘的要求，同时，夹 件到线圈的距离也不能满足高、低压引线的引出。 如果主级片宽过大，又会引起中心距增大，增加铁 心重量和空载损耗。
１１８ ｜ 电气时代·２００８ 年第 １ 期
可以看出，上述两方案的主要技术性能指标相 当，但椭圆截面铁心变压器主要材料成本比圆截面 铁心变压器下降了约 １０％，节材效果十分明显。
结束语
中电电气研发的椭圆截面铁心变压器改变了传 统变压器的铁心截面形式，通过技术创新，在保证 性能质量的前题下，降低了材料用量，为制造企业 提高了经济效益，为社会节约了大量资源，具有较 好的推广价值。EA
中电电气集团生产的椭圆截面铁心变压器是一 种结构更合理、制造成本更低的新型变压器。用该 方案设计的 Ｓ１１型配电变压器，能节省大量制造材 料，经济效益十分显著。
椭圆截面铁心
椭圆截面铁心变压器的关键部件是椭圆截面 铁心。出于对工艺、结构的考虑，通常铁心截面如 图 １ 所示，中间部位矩形、两侧分别有一个以矩形 的片宽为直径的半圆组成。
（收稿日期：２００７．１２．１２）
１２０ ｜ 电气时代·２００８ 年第 １ 期
隙、绝缘距离等因素决定，角重由片宽、截面形状 及大小决定。椭圆截面铁心通过改变片宽、叠厚及 截面形状，降低中心距和角重，减轻铁心重量，降 低空载损耗；虽然由于铁心截面改为椭圆形，绕组 的周长、导线重量和负载损耗有少许增加，但总体 是节能、节材的。如保持空载损耗大小不变，则可 以减小铁心有效截面积，进一步降低硅钢片用量， 这时绕组的周长、导线重量和负载损耗也能和圆截 面铁心变压器相当。
椭圆截面铁心变压器与圆截面铁心变压器 主要材料成本比较
椭圆截面铁心变压器通过技术创新，改变铁心 截面形状，缩小中心距，减少材料用量，降低制造 成本。以 Ｓ１１ － Ｍ － ５００／１０ 为例，比较圆截面、椭 圆截面两种设计方案。
１． 圆截面 铁心尺寸、截面形状如图 ２所示。 铁心材料为 ３０Ｑ１２０ 硅钢片，每匝电势为 ９．６２２ ５ Ｖ。 磁通密度 Ｂ＝４５ｅ ／Ａ ＝４５×９．６２２ ５／２８７．７０２ Ｔ
Ａ －Ａ
Ａ
Ａ
Ｈ 算公式为
Ｇ ＝（３Ｈ ＋ ４Ｍ ）ρ Ａ × １０ －４ ＋ Ｇ
Ｆｅ
Ｗ
０
ｔ
０
式中 Ｇ ——铁心的质量，ｋｇ Ｆｅ Ｈ ——铁心窗高，ｍｍ Ｗ Ｍ ——铁心中心距，ｍｍ ０ ρ——硅钢片密度，冷轧片为７．６５ ｋｇ／ｄｍ３ Ａ ——铁心有效截面积，ｃｍ２ ｔ Ｇ ——铁心角重，ｋｇ ０ 中心距 Ｍ 由最大片宽、线圈幅向尺寸、套装间 ０
技术与应用 产品报道
TECHNOLOGY & APPLICATION
椭圆截面铁心变压器
文 ／中电电气集团 顾小虎 金承祥 郭明军
国家颁布了节能中长期规划，明确了节能的主要任务和方向。变压器是城乡电 网、工矿企业等应用十分广泛的电力设备，它是否节能十分重要。
变压器自身的能量消耗有两种：一种是铁 心产生的空载损耗，另一种是主要由导 线产生的负载损耗。虽然空载损耗比额 定负载损耗小很多，但只要产品挂网运行，不管负 载大小，空载损耗总是存在的，尤其在变压器轻载 情况下，空载损耗占总损耗的比重很大。因此，降 低空载损耗是变压器技术发展的一个趋势，目前大 力推广的 Ｓ１１ 型配电变压器，空载损耗比 Ｓ９ 型低 ３０％ 左右，节能效果明显，但用传统圆截面铁心设 计的该产品，材料成本很高。
＝１．５０５ Ｔ，单位铁损为０．８３１ Ｗ／ｋｇ 铁心质量 Ｇ ＝（３×４８０＋４×３４５）×７．６５×
Ｆｅ
２８７．７０２×１０－４＋９５．８ ｋｇ＝７１６．５ ｋｇ 空载损耗 Ｐ ＝１．１５×７１６．５×０．８３１＝６８５ Ｗ
０
２． 椭圆截面 铁心尺寸、截面形状如图 ３所示。 与圆截面相比，由于铁心截面改为图３的椭圆， 引起铁心、线圈和油箱等尺寸变化，铁心材料、每 匝电势、导线规格和线圈高度等与原来一样。 磁通密度 Ｂ＝４５ｅ ／Ａ ＝４５×９．６２２ ５／２６７．３３２ Ｔ
３） 经济性。在满足结构、工艺的前提下，要尽 可能降低片宽，减小铁心中心距，降低铁心重量，如 使空载损耗大小不变，可减小铁心有效截面积，进 一步降低硅钢片用量，尽量使导线重量、负载损耗 不增加。
确定了铁心截面后，可进行电磁计算。 该变压器的椭圆线圈抗短路能力比圆线圈要差
Ｈ ＝ ４８０ Ｗ
Ａ
Ａ
Ａ －Ａ
φ ２００
叠片系数：０．９７ 有效截面积：２８７．７０２ ｃｍ２ 角质量：９５．８ ｋｇ
Ｍ ＝ ３４５ ０
Ｍ ＝ ３４５ ０
图 ２ Ａ －Ａ
Ｈ ＝ ４８０ Ｗ
Ａ
Ａ
Ｒ７０ １４０
９６
叠片系数：０．９７ 有效截面积：２６７．３３２ ｃｍ２ 角质量：５９．８ ｋｇ
Ｍ０ ＝ ２８５ Ｍ０ ＝ ２８５
图 ３
ｔｔ
＝１．６２ Ｔ，单位铁损为１．００８ Ｗ／ｋｇ 铁心质量 Ｇ ＝（３×４８０＋４×２８５）×７．６５×
Ｆｅ
２６７．３３２×１０－４＋５９．８ ｋｇ＝５８７．４ ｋｇ 空载损耗 Ｐ ＝１．１５×５８７．４×１．００８ Ｗ＝６８１ Ｗ
０
两方案主要材料用量及成本如表 １所示、主要 性能如表 ２所示。
技术与应用 产品报道
TECHNOLOGY & APPLICATION
２） 工艺。椭圆截面铁心变压器生产工艺的最大 难点在线圈，线圈绕制之后短轴方向会变大，长轴 方向会缩小，线圈长、短轴之比越大，绕制后的变 化就越大。从这方面考虑，要减小线圈长、短轴之 比，也就是要增大铁心主级片宽，但这样同样会引 起中心距增大。可以看出线圈制作水平的高低直接 影响椭圆截面铁心变压器的设计成本。
椭圆截面铁心变压器设计要点
椭圆截面铁心变压器设计时首先要确定铁心截 面大小和形状。传统变压器只要确定了铁心截面大 小，也就能确定铁心直径。而椭圆截面是一种类似 椭圆的铁心截面形式，它的大小由主级的片宽、叠 厚确定，同一截面积可以有多种方案。如何确定椭 圆截面的形状，要结合变压器的结构、工艺和经济 性考虑。
表 ２
铁心截面类形
空载损耗 负载损耗 空载电流 阻抗电压
／Ｗ
／Ｗ
（％）
（％）
圆形
６８５
５ １３１
０．６２
３．９８
椭圆
６８１
５ １５３
０．６０
３．９７
Ｓ１１ － Ｍ － ５００／１０ 标准值 ６８０
５ １００
１．００
４．００
些，但可通过低压设计成箔式线圈、高低压线圈整 型固化、薄弱处加强等方法提高抗短路能力。在考 虑椭圆截面铁心变压器特殊性的同时，尽量采用传 统变压器成熟的结构和工艺，保留传统变压器所具 有的可靠性。
表 １
铁心截面类形
圆形 椭圆
铜导线 ／ｋｇ
３３２．９１ ３３４．４１
硅钢片 ／ｋｇ ７１６．５ ５８７．４
变压器油 ／ｋｇ ３０５ ２３５
钢材 ／ｋｇ ３００ ２５５
主要材料成本 ／元
５２ ０８１．２ ４６ ９１８．７
注：铜导线 ７０元 ／ｋｇ、硅钢片 ３５元 ／ｋｇ、变压器油 ８元 ／ｋｇ、钢材 ４．２元／ｋｇ
１） 结构。该铁心铁轭、心柱截面均为椭圆，相 应的线圈、铁轭绝缘等也为椭圆状，这样变压器器 身布置比较紧凑。如果主级片宽太小，铁心拉螺杆 到高压线圈的距离满足不了绝缘的要求，同时，夹 件到线圈的距离也不能满足高、低压引线的引出。 如果主级片宽过大，又会引起中心距增大，增加铁 心重量和空载损耗。
１１８ ｜ 电气时代·２００８ 年第 １ 期
可以看出，上述两方案的主要技术性能指标相 当，但椭圆截面铁心变压器主要材料成本比圆截面 铁心变压器下降了约 １０％，节材效果十分明显。
结束语
中电电气研发的椭圆截面铁心变压器改变了传 统变压器的铁心截面形式，通过技术创新，在保证 性能质量的前题下，降低了材料用量，为制造企业 提高了经济效益，为社会节约了大量资源，具有较 好的推广价值。EA
中电电气集团生产的椭圆截面铁心变压器是一 种结构更合理、制造成本更低的新型变压器。用该 方案设计的 Ｓ１１型配电变压器，能节省大量制造材 料，经济效益十分显著。
椭圆截面铁心
椭圆截面铁心变压器的关键部件是椭圆截面 铁心。出于对工艺、结构的考虑，通常铁心截面如 图 １ 所示，中间部位矩形、两侧分别有一个以矩形 的片宽为直径的半圆组成。
（收稿日期：２００７．１２．１２）
１２０ ｜ 电气时代·２００８ 年第 １ 期
隙、绝缘距离等因素决定，角重由片宽、截面形状 及大小决定。椭圆截面铁心通过改变片宽、叠厚及 截面形状，降低中心距和角重，减轻铁心重量，降 低空载损耗；虽然由于铁心截面改为椭圆形，绕组 的周长、导线重量和负载损耗有少许增加，但总体 是节能、节材的。如保持空载损耗大小不变，则可 以减小铁心有效截面积，进一步降低硅钢片用量， 这时绕组的周长、导线重量和负载损耗也能和圆截 面铁心变压器相当。
椭圆截面铁心变压器与圆截面铁心变压器 主要材料成本比较
椭圆截面铁心变压器通过技术创新，改变铁心 截面形状，缩小中心距，减少材料用量，降低制造 成本。以 Ｓ１１ － Ｍ － ５００／１０ 为例，比较圆截面、椭 圆截面两种设计方案。
１． 圆截面 铁心尺寸、截面形状如图 ２所示。 铁心材料为 ３０Ｑ１２０ 硅钢片，每匝电势为 ９．６２２ ５ Ｖ。 磁通密度 Ｂ＝４５ｅ ／Ａ ＝４５×９．６２２ ５／２８７．７０２ Ｔ
Ａ －Ａ
Ａ
Ａ
Ｈ 算公式为
Ｇ ＝（３Ｈ ＋ ４Ｍ ）ρ Ａ × １０ －４ ＋ Ｇ
Ｆｅ
Ｗ
０
ｔ
０
式中 Ｇ ——铁心的质量，ｋｇ Ｆｅ Ｈ ——铁心窗高，ｍｍ Ｗ Ｍ ——铁心中心距，ｍｍ ０ ρ——硅钢片密度，冷轧片为７．６５ ｋｇ／ｄｍ３ Ａ ——铁心有效截面积，ｃｍ２ ｔ Ｇ ——铁心角重，ｋｇ ０ 中心距 Ｍ 由最大片宽、线圈幅向尺寸、套装间 ０
技术与应用 产品报道
TECHNOLOGY & APPLICATION
椭圆截面铁心变压器
文 ／中电电气集团 顾小虎 金承祥 郭明军
国家颁布了节能中长期规划，明确了节能的主要任务和方向。变压器是城乡电 网、工矿企业等应用十分广泛的电力设备，它是否节能十分重要。
变压器自身的能量消耗有两种：一种是铁 心产生的空载损耗，另一种是主要由导 线产生的负载损耗。虽然空载损耗比额 定负载损耗小很多，但只要产品挂网运行，不管负 载大小，空载损耗总是存在的，尤其在变压器轻载 情况下，空载损耗占总损耗的比重很大。因此，降 低空载损耗是变压器技术发展的一个趋势，目前大 力推广的 Ｓ１１ 型配电变压器，空载损耗比 Ｓ９ 型低 ３０％ 左右，节能效果明显，但用传统圆截面铁心设 计的该产品，材料成本很高。
